Reduktion Abgastemperatur durch Anfettung
Hi,
Durch den Blog von @GaryK meine ich kapiert zu haben wie Anfettung die Abgastemperatur reduziert (höhere Abbrandgeschwindigkeit und damit länger Zeit zum abkühlen. P1/T1= P2/T2).
Das passt auch 100% zum Effekt das Motoren nach dem Tunen gerne die Kolben wegschmelzen wenn die Injektoren verkokt sind (zu wenig Kraftstoff, zu langsame Verbrennung, zu hohe Abgastemperatur, Pech gehabt).
Durch eine Diskussion in einem News Thema bin ich auf diese Seite gestoßen. @Mozartschwarz
Zitat:
Der zusätzlich zugeführte Kraftstoff kann die Verbrennungstemperatur nicht erhöhen, da eine vollständige Verbrennung ja nicht möglich ist; ein Teil der chemischen Energie des Kraftstoffs verbleibt insbesondere im ausgestoßenen Kohlenmonoxid. Die Verbrennungstemperatur nimmt sogar ab (oft um ca. 50 bis 100 Kelvin), da die Verdunstung des Kraftstoffs Wärme verzehrt (? Verdampfungswärme).
Soweit so gut, aber 100 Kelvin sind ja ehr Peanuts (wenn man bedenkt bei welcher Temperatur der Kolben schmilzt und wann er noch genug Festigkeit hat um 100PS rauszuhauen).
Zitat:
Die Flammengeschwindigkeit wird mit angefettetem Gemisch etwas höher. Dies kann beim Betrieb mit hohen Drehzahlen nützlich sein, wo wenig Zeit für die Verbrennung zur Verfügung steht.
WTF!?!
Der Lambdawert wird ja bei Sportmotoren gerne mal auf 0.8 runtergeregelt um mehr Leistung zu generieren. Das muß doch über schnelleren Abbrand und damit höheren Mitteldruck laufen.
Es gibt zwar alles im Internet nachzulesen, allerdings ist da auch sehr viel Käse dabei.
Könnte mich dahingehend mal bitte jemand erleuchten (aber bitte keiner der das vorher googeln muß 😉).
Grund der Diskussion war wieder mal LPG. Daß Benzin hier durch Verdunstung auch etwas zur Temperaturreduktion beiträgt bezweifle ich nicht, der Hauptteil sollte doch aber über die Abbrenngeschwindigkeit laufen.
Vielen Dank!
Gruß Metalhead
Beste Antwort im Thema
Es geht um beides. Je schneller der Abbrand, desto höher ist die lokale Spitzentemperatur, desto kälter wird aber das Abgas durch die bessere Expansion.
Der Effekt "Kühlung durch Anfettung" beruht auf beiden Umständen. Sowohl schnellere Flamme als auch geringere spezifische Energie. Die schnellere Flamme hatten wir schon.
C + O2 verbrennt zu CO2 und das setzte 393 kJ/mol frei (http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?...)
2C + O2 setzt 2CO frei und die haben "nur" jeweils(!) 110 kJ/mol. Siehe http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?... ... also in Summe 220 kJ/mol. Was die Spitzentemperatur in der Flamme etwas herabsetzt (und damit auch den Wirkungsgrad, Kunststück).
Dass die Kolbengeschwindigkeit eine Rolle spielt kann man sich auch ganz einfach ableiten: Wenn ich viel zu spät verbrennen würde und nicht gescheit expandiere, dann hab ich die volle Flammtemperatur anliegen - weils ein Gasbrenner ist. Damit strebt das Verhältnis von Sptitzentemperatur zu Abgastemperatur gegen eins und der Carnot-Wirkungsgrad geht gegen Null.
Auch deswegen haben etliche "jüngere" Sparbenziner wie der kleine 160er Benz sehr reduzierten Kolbenhub bei moderater Drehzahl. Das senkt die Kolbengeschwindigkeit auf komforable 15 m/s bei Nennleistung ab und kommt dem Wirkungsgrad entgegen. Porsche GT3 und die alten Lamborghini Gallardos haben Kolbengeschwindigekiten über 23 m/s und entsprechend besch*** Wirkungsgrade. Obwohl der Gallardo eher ein "Langhuber" ist.
Allgemein kann man bei Leistungsstarken Autos gucken, wie schnell sich der Kolben maximal bewegt (zwei mal Hub mal Umdrehungen/s). Je schneller desto "zickiger" und durstiger sind die. Der aktuelle 500PS Alfa Biturbo im Giulia hat zum Beispiel deutlich weniger Kolbengeschwindigkeit als mein nominal 220PS Audi. Und mein 200PS/l Sportmotorrad trotz 13.500 RPM ebenfalls weniger als ein 5-Ventiler Audi V8, der keine 7000 Touren macht.
57 Antworten
Die verdampfungsenthalpie des kraftstoffes kann durchaus ein wichtige Rolle spielen, allerdings nicht direkt. Der entscheidende Effekt ist, das die verdichtungstemperatur sinkt und dadurch die klopfneigung abnimmt. Dadurch lässt sich früher zünden wodurch die abgastemperatur am effizientesten sinkt.
Hier mal das allbekannte Chart von Lycoming:
http://www.digitalmapping.sk.ca/sfc.JPG
Der Best Power-Bereich liegt bei Lambda 0,9...0,8 - bei weiterem Anfetten sinkt die EGT weiter. Ist imho auch logisch, wenn man die Flamme "ersäuft".
Zitat:
@LtLTSmash schrieb am 27. August 2017 um 22:33:12 Uhr:
Die verdampfungsenthalpie des kraftstoffes kann durchaus ein wichtige Rolle spielen, allerdings nicht direkt. Der entscheidende Effekt ist, das die verdichtungstemperatur sinkt und dadurch die klopfneigung abnimmt. Dadurch lässt sich früher zünden wodurch die abgastemperatur am effizientesten sinkt.
Das ist eine sinnvoll klingende Erklärung.
Aber im Normalbetrieb wird ja ohnehin frühestmöglich gezündet.
Damit würde man dann aber die Spätzündung (wegen Klopfen) verhindern/verringern.
Gruß Metalhead
Eigentlich ist doch die einzige Frage um die es metalhead geht, ob die Abgadtemp. durch die Volllastanfettung um 50-100K fallen kann und ob das Bauteile retten könnte?
Ja, nein, vielleicht? Der eim oder andere Fachaufsatz kommt zu dem Schluß....
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Zitat:
@mozartschwarz schrieb am 28. August 2017 um 13:33:57 Uhr:
Eigentlich ist doch die einzige Frage um die es metalhead geht, ob die Abgadtemp. durch die Volllastanfettung um 50-100K fallen kann und ob das Bauteile retten könnte?
Nö, ich halte die 100K für 'nen Witz.
Ich möchte schon wissen was da passiert (abgesehen vom Verdampfungseffekt).
Gruß Metalhead
Meinethalben... Stimmt schon, ich habs auch nur falsch ausgefrückt. Also ob die reine Verdunstung bei der Volllastanfettung die Abgastemp um 50-100K senken kann... Das ganze ansich auchnoch im Vergleich mit LPG.
Das hat @Garyk doch schon mal berechnet, aber wie gesagt, die 100K machen den Kohl nicht fett.
Die Spanne zwischen "Kolben schmilzt" weg und "Kolben kann noch ausreichend Leistung übertragen" ist deutlich größer als 100K.
Es gibt hier doch schon zwei Erklärungen warum die Abgastemperatur sinkt (außer Verdunstungskälte).
Gruß Metalhead
Habe ich also bei einer Anfettung von lambda ungefähr 0,8 die höchste Brennraumspitzentemperatur weil die Verbrennung am schnellsten stattfindet? Oder bei lambda = 1 weil da die meiste Energie in der Verbrennung frei wird?
Die Spitzentemperatur ist ja entscheidend wenn es um die therm. Belastung von Kolben etc. Geht.
Zur Lebensdauer des Kolbens kann die Verdampfungskühlung schon einen Unterschied machen wenn durch das Verdampfen Klopfen verhindert wird.
Gruß
Zitat:
@Fexplorer schrieb am 28. August 2017 um 13:51:54 Uhr:
Die Spitzentemperatur ist ja entscheidend wenn es um die therm. Belastung von Kolben etc. Geht.
Nein, für die Ventile ist beispielsweise nur die Abgastemperatur interessant.
Außerdem dürfte ehr der Mittelwert interessant sein (kurz 2000°C ist vermutlich besser als länger 1800°C).
Gruß Metalhead
So lange das Auslassventil geschlossen ist, wird es vom zylinderkopf gekühlt. Das einzig relevante ist daher die Abgastemeratur und nicht die Spitzentemp innerhalb der Flamme.
Zitat:
@GaryK schrieb am 28. August 2017 um 13:56:59 Uhr:
So lange das Auslassventil geschlossen ist, wird es vom zylinderkopf gekühlt. Das einzig relevante ist daher die Abgastemeratur und nicht die Spitzentemp innerhalb der Flamme.
Bei den geschmolzenen Kolben wird das ja auch immer auf Magerlauf geschoben (gibt's ja bei einigen Tunern Bilder was so passieren kann wenn man nicht aufpasst).
Da wird vermutlich die Flamme zu lange einwirken (der Kolben wird ja immer gleich gut/schlecht gekühlt).
Gruß Metalhead
Zitat:
@metalhead79 schrieb am 28. August 2017 um 13:51:36 Uhr:
Das hat @Garyk doch schon mal berechnet, aber wie gesagt, die 100K machen den Kohl nicht fett.
Die Spanne zwischen "Kolben schmilzt" weg und "Kolben kann noch ausreichend Leistung übertragen" ist deutlich größer als 100K.Es gibt hier doch schon zwei Erklärungen warum die Abgastemperatur sinkt (außer Verdunstungskälte).
Gruß Metalhead
Du weißt genau warum ich hier überhaupt reinfunke. GaryK hat geschrieben ist für mich genauso wichtig wie Kurt (Omega Bereich) hat geschrieben. Beide haben seeehr viel Ahnung aber eben nicht die Weisheit gepachtet....
Es muß Gründe geben warum LPG als nicht so Volllastfest gehandelt wird. Wahrscheinlich auch mehr bei alten Motoren... Lambda 0,8 kann ein alter Sprungsondenwagen nicht zuverlässig halten...
Zitat:
@mozartschwarz schrieb am 28. August 2017 um 13:59:46 Uhr:
Es muß Gründe geben warum LPG als nicht so Volllastfest gehandelt wird.
Unfähigkeit seitens der Umrüster (als jeder Hinterhofklempner noch Gasanlagen verbaut hat) die dann lieber "nicht vollgasfest" gesagt haben weil sie die Abstimmung nicht hinbekommen haben?
Hat sich dann als Stammtischweisheit gehalten.
@Garyk Doch mal mit in's Gasforum verlinken?
Gruß Metalhead
Nochmal 'ne dumme Frage:
Beim Saugrohreinspritzer ist das Benzin doch eigentlich schon verdampft bis es in den Topf kommt (klar, wird die Ansaugluft gekühlt), aber bleibt da noch was nennenswertes übrig?
Gruß Metalhead
In der Literatur wird beim Direkteinspritzer die Verdampfungskühlung als Vorteil gegenüber des Saugrohreinspritzers genannt. Ich denke daher nicht.
Gruß